夹送辊的设计计算

段胜林

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

夹送辊在有色金属加工行业各生产机组中是一个常用的设备，主要作用是用来输送或牵引带材，改变带材运行方向，使带材能顺利按设计方向运行。介于此特点，将其合理布置在机组中会起到不同的作用效果，来满足机列的要求。

1 夹送辊在机组中的位置布置和用途

1) 在热轧和冷轧机组中，夹送辊布置在开卷机出口处和卷取机入口处，此处夹送辊多有偏心设计，用于开卷时压料头、卷取时弯曲料头进卷取机，并与开卷和卷取设备建立起一定的张力，保证料卷不松卷。

2) 在热轧机组中，横剪入口侧设有夹送辊，用于定尺剪切，同时能起到输送作用。

3) 在垛板装置前设有夹送辊，将板材从辊道上抛出，落入垛板装置中。

本文针对热轧机组中卷取机入口侧用夹送辊进行计算分析

2 夹送辊辊径的确定

在夹送辊辊径的作用下，要使带材的弯曲相对曲率达到Cp≥10，可以大大提高铝带材卷取时的板型精度，带材在夹送辊直径作用下的弯曲相对曲率为：

式中：

h-带材厚度；

E-铝带材在300℃左右的弹性模量，取E=4500N/mm2；

σ-相应温度下各种合金铝带材的屈服极限，N/mm2。

对于轧辊宽度<2000，一般取辊径D=200～300较为合适。其结果是设备重量轻，能源消耗小，带材有良好的板形。

3 夹送辊夹紧力的确定

在热轧机组中，夹送辊用于开卷夹料头和卷取夹料尾，要用夹送辊提供张力T来克服带材的极限弹性弯曲力矩，使带材不松卷,带材的极限弹性弯曲力矩为：

式中：

b-带材宽度，mm。

根据拉弯矫直原理的公式和公式(2)，可得出

式中：

D1-带材最大卷径，。

4 夹送辊的受力分析

1) 当上下两个夹送辊都驱动时，作用在夹送辊上的力如图1所示。

在工作过程中，辊子压紧带材，在电机传动下，上、下辊对带材产生的水平方向摩擦力使带材受拉力T的作用，由图1可知：带材对上、下辊的垂直作用力均为P+G1。故摩擦力与压紧力的关系为：

T1=TT/2=(P+G1)μ (4)

式中：

T1—上辊对带材产生的水平摩擦力，N；

图1

T2—下辊对带材产生的水平摩擦力,N；

P—作用于上辊的压紧力,kg；

G1—上辊质量,kg；

μ—辊子与板带材之间的静摩擦系数。

2) 当只有上辊或下辊驱动时，由于两辊和带材的运动方向不变，夹送辊和带材所受摩擦力方向不变，所以作用在夹送辊上的力与两辊都驱动时的受力状态是一样的。

结论：不同的夹送辊驱动形式，所需要的压紧力大小是相同的。需注意，用张力T推导出的压紧力P为理论值，实际设计时要求压紧力P是一个可调值，防止压紧力的实际值与理论值出入过大，实际生产中压紧力的调整以辊子不打滑为准。在液压压紧缸的供油管路中要求油压可调，即管路中安装减压阀，通过调整油压来改变压紧力P。

压紧力由液压油缸提供，油缸直径由下式确定：

式中：

P-油缸进口压力，mPa。

5 驱动力矩的计算

由于不同的夹送辊驱动形式，两辊的受力状态是一样的，所以两辊的力矩状态也是一样的。

上、下夹送辊轴径处的摩擦阻力矩分别为：

M1p=(P+G1)fd/2 (6)

M2p=(P=G1+G2)fd/2

式中：

f—轴径处的摩擦系数；

d—轴径的回转直径，对于滚动轴承就是滚珠的直径，mm。

水平摩擦力T1，T2所产生的力矩：

M1t=m2t=(P+G1)μD/2 (7)

此外，由于带材的垂直作用力偏离辊子中心所产生的力矩(又称滚动阻力矩)：

M1t=M2t=(p+G1)μk(8)

式中：μk—滚动摩擦因数，cm(钢对钢时约为0.05cm)。所以，传动一对夹送辊所需的总力矩：

M=M1t+M2t+M1t+M2t+M1t+M2t

=f(2P+2G1+G2)d/2+μ(P+G1)D+2(P+G1)μk(9)

6 电机功率的计算

在实践设计计算时，应首先根据生产工艺特点，初步设定夹送辊的直径和辊宽，估算出辊子的重量；然后根据上述公式计算出压紧力P和总传动力矩M，最后根据机组速度求出电机功率。

N=MN/9.55η=MV/30Dη (10)

式中：

N—电机功率，Kw；

M—总驱动力矩，Kn·m；

V—机组速度，m/min；

D—夹送辊直径，mm；

η—传动效率。

在选择夹送辊的驱动形式时，可根据电机功率选择低成本的电机。

7 结束语

本文从设计原理出发，可根据机组原有参数对夹送辊进行理论设计计算，从而选择合适的油缸和电机，满足机组的使用要求，提供合适的夹紧力。从实际设计过程中已验证，理论和实践基本吻合，供同行应用参考。

1武汉钢铁设计院主编.板带车间机械设备设计(下).冶金工业出版社.1983；

2. 北京钢铁学院 黄华清 主编.轧钢机械.冶金工业出版社.1979.

3. 有色金属加工.2007年6期：夹送辊的力能参数计算。